Đề tài : Máy cắt rau quả

Chia sẻ: Bảo Phúc | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:22

Thêm vào BST

Báo xấu

615
lượt xem 90
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Việt Nam trong tiến trình thực hiện chủ trương CNH – HĐH đã đạt được những thành tựu vô cùng to lớn trong nhiều lĩnh vực: kinh tế, chính trị, văn hóa, xã hội… Mặc dù nước ta đang trên con đường hội nhập và trên đà tiến tới một nước có nền công nghiệp hiện đại nhưng nông nghiệp vẫn là một trong những ngành chủ lực mà chúng ta cần phải đầu tư và phát triển.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đề tài : Máy cắt rau quả

1. Mở đầu Việt Nam trong tiến trình thực hiện chủ trương CNH – HĐH đã đạt được những thành tựu vô cùng to lớn trong nhiều lĩnh vực: kinh tế, chính trị, văn hóa, xã hội… Mặc dù nước ta đang trên con đường hội nhập và trên đà tiến tới một nước có nền công nghiệp hiện đại nh ưng nông nghiệp vẫn là một trong những ngành chủ lực mà chúng ta cần ph ải đầu tư và phát triển. Với việc áp dụng ngày càng cao tiến bộ khoa h ọc kỹ thuật vào s ản xuất. Nông nghiệp đã làm cho năng suất và sản lượng ngày càng tăng lên. Không những đủ để phục vụ nhu cầu tiêu dùng trong nước mà còn xuất khẩu ra thị trường nước ngoài. Bên cạnh đó cũng cần phải kể đến đàn gia súc và gia cầm ngày càng tăng lên nhanh chóng. Với số lượng lớn như vậy thì việc sản xuất và chế biến thức ăn cho chúng cũng là m ột yêu c ầu h ết sức quan trọng. Để giải quyết vấn đề này chúng ta không th ể sản xu ất và chế biến thức ăn chăn nuôi bằng phương pháp thủ công, lạc hậu được mà đòi hỏi phải sử dụng các loại máy móc để tăng năng suất và gi ảm b ớt gánh nặng cho người lao động. Trong rất nhiều loại máy dùng để s ản xuất và chế biến thức ăn chăn nuôi thì máy “cắt thái rau, củ quả” là một trong những thiết bị rất cần thiết bị rất cần thiết để đáp ứng nhu cầu đó. 1
2. Nội dung nghiên cứu Máy thái thức ăn chăn nuôi Các loại thức ăn chăn nuôi thường được cắt thái bởi lưỡi dao có dạng nêm phẳng hoặc nêm không gian. Lực cắt của dao gây một đáng kể vào nguyên vật liệu cắt dẫn đến sự phá hủy mối liên kết giữa các phân tử và làm tách rời chúng ra. Quá trình cắt thái phụ thuộc nhiều yếu tố như dạng hình học của dao, đặc tính nguyên liệu cắt, chế độ động học và động lực học của bộ phận cắt thái… Hiện nay máy thái được sủ dụng nhiều trong công nghệ chế biến thức ăn gia súc. Phần lớn các nguyên liệu dùng để làm thức ăn gia súc, nhất là các thức ăn tươi như các loại rau củ quả đều phải trải qua công đoạn thái. Vì thế máy thái có ý nghĩa quan trọng trong dây chuyền chế biến thức ăn trong chăn nuôi. 2.1. Mục đích và yêu cầu kỹ thuật Máy thái thức ăn chăn nuôi có nhiệm vụ làm nhỏ rau củ tươi, khô thành những đoạn ( dài, ngắn), hoặc củ quả thành những lát ( dày, mỏng) với những kích thước đoạn thái hay lát thái điều chỉnh được theo quy định đối với các loại vật nuôi. Đôi khi yêu cầu có những kích thước nhỏ hơn không cần điều chỉnh và xác định độ dài đoạn thái, cụ thể: thức ăn thô được thái, băm so với cáh cho ăn cả cây, cả củ sẽ tốt hơn vì súc vật tận dụng được rau củ cả non lẫn già, dễ nhai, dễ tiêu hóa hoặc thái rồi phơi sấy sẽ chống khô hơn, sấy rồi đem băm thái cũng là để nghiềm bột dễ nhỏ hơn. * Yêu cầu kỹ thuật đối với máy thái thức ăn. • Phải có tính chất vạn năng: thái được nhiều loại rau cỏ, củ quả • Điều chỉnh được độ dài đoạn thái hoặc bề dày lát thái phù hợp với các loại vật nuôi: đối với trâu bò, rau cỏ cần thái dài 40- 50 mm, củ quả cần thái dầy 8 – 12mm; đối với lợn: rau cỏ cần thái dài 10 – 20mm, củ quả cần thái dày 5 – 8mm với lát hẹp; đối với gia cầm: rau cỏ cắt thái dài dưới 10mm, củ quả cần băm hay nạo thành các mảnh vụn độ 3 – 4mm. Rau cỏ xanh cần thái dài 20 – 40mm. Rơm cỏ động chuồng ủ phân cần thái dài khoảng 100mm. • Khi thái không làm nát, ép mất nhiều nước trong rau, củ nhưng thái thân cứng cần làm mềm đoạn thái; lát thái củ quả cần bảo đảm đều, ít vỡ vụn. • Có đủ bộ phận cơ khí hóa cung cấp rau củ và máy và thu các đoạn thái, lát thái ra. 2
• Phải có năng suất cao: trong điều kiện quy mô chăn nuôi hiện nay của nước ta đòi hỏi năng suất máy thái khoảng 1 – 3 t/h. • Phải có cho phí năng lượng riêng thấp( hiện nay khoảng 1Kwh/t) • Phải dễ điều khiển, chăm sóc, sử dụng thuận tiện, dễ mài dao. • Cấu tạo gọn, bền vững, có các bộ phận che chắn, bảo đảm an toàn lao động. 2.2. Cơ sở lý thuyết của quá trình cắt thái - Cơ sở lý thuyết của quá trình cắt thái bằng lưỡI dao Trong quá trình cắt thái lưỡi dao cạnh sắc AB của dao có thể chuyển động theo hướng pháp tuyến P tức là vuông góc vớI vật cắt hoặc theo hướng R ( vừa chuyển động theo hướng pháp tuyến vừa chuyển động theo hướng tiếp tuyến của vật cắt) Những thí nghiệm của viện sĩ Goriatskin V.P đã chứng minh rằng nếu cắt thái theo hướng nghiêng sẽ giảm được lực cắt cần thiết và tăng chất lượng vật liệu thái so với cắt thái theo phương pháp tuyến. Thí nghiệm đó được tiến hành như sau: dùng một cân Rôbecvan, trên đĩa A lần lượt đặt những quả cân N(g) nặng khác nhau, bên kia đĩa thay bằng lười dao B, lắp lưỡi dao quay lên trên. Thí nghiệm cắt những cọng rơm C có bộ phận D giữ và đè cọng rơm vào lưỡi dao với những độ dịch chuyển S mm. Kết quả được trình bày như sau: N 600 500 400 300 200 100 S 1,5 2 8 20 100 160 S = Ac-N hoặc N3S = Ctc (1)  Sự liên hệ giữa lực cắt và độ dịch chuyển của dao. Hình 1: thí nghi3 m cắt thái của Gơriatskin ệ a- dụng cụ thí nghiệm; b- đồ thị phụ thuộc lực cắt N với độ dịch chuyển S
Goriatskin gọi trường hợp cắt pháp tuyến là quá trình chặt bổ, cắt thái không trượt; trường hợp cắt nghiêng là quá trình cắt thái có trượt. Rõ ràng là khi cắt thái có trượt, lực cần thiết để cắt thái gi ảm so với khi cắt thái không trượt: ta cũng có th ể gi ải thích đi ều này b ằng m ột số cơ sỏ vật lý của quá trình cắt thái bằng lưỡi dao: L ưỡi dao dù rất s ắc nhưng khi soi qua kình hiển vi, cũng thấy rõ ngững răng l ồi lõm nh ư l ưỡi cưa. Do đó khi lưỡi dao di chuyển có thêm hướng tiếp tuyến nghĩa là có trượt thì lưỡi dao sẽ phát huy được tác dụngcưa đứt vật thái. Còn lưỡi dao chủ lực cắt theo hướng pháp tuyến đó là quá trình c ắt thái b ằng nêm, lực cắt tháiphải khắc phục ứng suất nến để cắt đứt vật thể. Khi cắt có trượt thì một phần lực cắt sẽ chỉ khắc phục ứng suất kéo mà các nguyên liệu thì ứng suất kéo luôn nhỏ hơn đáng kể so với ứng suất nén. Nh ờ đó tổng hợp lực cắt thái sẽ nhỏ. Hình 2 : tác dụng cắt trượt giảm chiều rộng lát thái. Mặt khác khi cắt thái có trượt lưỡi dao theo phương P làm cho đoạn thái ∆S có bề rộng tháo bp nhỏ hơn bề rộng bn ứng với trường hợp cắt thái không trượt có cùng đoạn thái ∆S. Diện tích lát cắt S cả hai trường hợp trên là bằng nhua những đường dịch chuyển của lưỡi dao ở trường hợp thái có trượt dài hơn. A. An F b= = b.n = b.n. cos r (2) A. A p A. A p Vì vậy quá trình cắt thái dễ dàng hơn, lực cắt thái nhỏ hơn. 2.3. Các yếu tố ành hưởng đến quá trình cắt thái nói chung: Để cắt thái vật liệu được thành đoạn (hay lát) bảo đảm ch ất lượng, giảm được năng lượng cắt thái, ta cần xét đến một số yếu t ố chính thuộc phạm vi dao thái và vật thái ảnh hưởng đến quá trình cắt thái: 2.3.1. áp suất riêng q (N/cm) của cạnh sắc lưỡi dao trên vật thái: 4
Đây là yếu tố chủ yếu trực tiếp đảm bảo quá trình c ắt đ ứt v ật thái và liên quan đến các yếu tố khác thuộc phạm vi dao thái và vật thái. Nếu gọi lực cắt thái cần thiết là Q(N) và độ dài lưỡi dao là ∆S (cm) thì: Q = Pt + T1 + T2.cosσ ,N (4) Nếu cắt thái chặt bổ (không trượt): - Đối với rơm q = 50 ÷ 120 N/cm - Đối với rau cỏ q = 40 ÷ 80 N/cm - Đối với củ quả q = 20 ÷ 40 N/cm Khi cắt thái các vật đàn hồi, áp suất riêng gây ra hai giai đo ạn: Đ ầu tiên là lưỡi dao nén ép vật thái một đoạn, rồi đến cắt đứt vật thái. Trong quá trình lưỡi dao đi vào vật thái còn phải kh ắc ph ục các l ực ma sát T 1 do áp lực cản của vật thái tác động vào mặt bên của dao và T 2 do vật thái dịch chuyển bị ép tác động vào mặt vát của cạnh sắc lưỡi dao. Nếu gọi Pt là lực cản cắt thái thì: Q = Pt + T1 + T2 .cosσ (5) σ – góc mài của lưỡi dao. 2.3.2. Các yếu tố chính thuộc về dao thái: a. Độ sắc s (mm) của cạnh sắc lưỡi dao: Chính là chiều dày s của nó. Độ sắc cực tiểu đạt tới 20 ÷ 40 s μm. đối với các máy thái trong chăn nuôi, s không vượt quá 100 μm, nếu s quá 100 μm lưỡi dao Hình 3 : cạnh sắc lưỡi dao coi như bắt đầu cùn và thái kém. Rõ ràng là độ sắc s càng lớn thì áp suất riêng q càng tăng. Nếu gọi ứng suất cắt của vật thái là σc thì: q = s.σc (6) b. Góc cắt thái α là góc hợp bởi góc đặt dao β và góc mài dao σ: α =β+σ (7) 5 Hình 3 : Góc cắt thái
Hình α 4: σ β góc cắt thái σ δ Góc đặt dao β phải tính toán thiết kế sao cho lớp rau củ sau khi được thái xong và tiếp tục được cuốn vào, sẽ không chạm vào mặt dao, tránh ma sát vô ích. Vấn đề tính toán góc đặt dao β sẽ phụ thuộc vào vận t ốc quay của dao thái, vận tốc cuốn rau vào, dạng cạnh sắc của l ưỡi dao, v.v… Góc mài dao σ đã được Renznik N.E nghiên cứu và đề suất (1975) công thức thể hiện ảnh hưởng đến lực cắt thái: Qth = Pt + ctgσ ,N (8) c - hệ số thứ nguyên, N/cm; Trong đó: Qth - lực cắt tới hạn cần thiết; Pt - lực cản cắt thái, N. Góc mài dao σ nói chung nhỏ, nhưng vì độ bền vật li ệu làm dao có hạn, cho nên góc mài của máy thái rau củ thường lớn hơn hay bằng 12˚: đối với các máy thái rau cỏ rơm, σ = 12 ÷ 15˚ (riêng đối với tấm kê thái, σ’ = 25 ÷30˚); đối với các máy thái củ quả, σ = 18 ÷25˚. c. Độ bền của vật liệu làm dao Dao có chất lượng bền thì lâu cùn, thái tốt. Khi đó, công nén l ớp v ật thái do lưỡi dao tác động lúc ban đầu sẽ tốn ít hơn và công c ản thái cũng nhỏ hơn. 6
q N/cm 11 7 V, m/s Hình 5 : Vận tốc dao thái d. Vận tốc của dao thái v (m/s): Vận tốc dao thái ảnh hưởng đến quá trình cắt thái, thể hiện c ụ th ể bằng những đồ thị thực nghiệm biểu diễn sự biến thiên của áp suất riêng q hoặc lực cắt thái Pt và công cắt thái Act với vận tốc của dao thái. Theo Renzik, ta có thể tính theo công thức thực nghiệm: Pt = 75.10 −0,0019 q.v 2,6 + 40 (9) Vận tốc tối ưu bằng 35 ÷ 40 m/s. 2.3.3. Điều kiện trượt của lưỡi dao trên vật thái Như chúng ta đã thấy ở trên, đường trượt của lưỡi dao trên vật thái (hay của vật thái trên lưỡi dao theo quan hệ tương hỗ) càng dài thì lực cản cắt càng giảm. Để thể hiện hiện tượng trượt nói chung của l ưỡi dao trên lớp vật thái, ta vẽ và phân tích hình vận tốc v của một đi ểm M ở l ưỡi dao khi tác động vào lớp vật thái. B O M Vn τ Vt A Hình 6 : Phân tích vận tốc điểm M ở cạnh sắc lưỡi dao khi thái Vận tốc v có thể phân thành hai thành phần: thành phần vận tốc pháp tuyến vn (vuông góc với lưỡi dao) và thành phần vận tốc ti ếp tuy ến v t (theo cạnh sắc của lưỡi dao). Vận tốc pháp tuyến v n chính là vận tốc của 7
dao thái ngập sâu vào vật thái. Vận tốc tiếp tuy ến v t gây nên chuyển động trượt của điểm M thuộc dao tương đối với điểm M thuộc vật thái. Theo định nghĩa của gơriaskin, góc hợp bởi vận tốc v (vận t ốc tuy ệt đối) với thành phần pháp tuyến v n gọi là góc trượt τ, tỷ số giữa trị số vận tốc tiếp tuyến vt và vận tốc pháp tuyến vn gọi là hệ số trượt ε: vt ε= = tgτ (10) vn Nhưng theo thực nghiệm, Gơriaskin đã chứng minh rằng lực cắt thái bắt đầu giảm nhiều, đáng kể, không phải ứng với bất kỳ góc tr ượt τ c ủa dao có trị số tương đối nhỏ nào đó, mà ứng với trị số góc trượt nh ất đ ịnh của dao. Theo thí nghiệm của viện sĩ Ziablôv V.A, lực cắt thái s ẽ gi ảm nhiều với góc trượt τ ≥ 30˚. Như vậy có nghĩa là hi ện tượng c ắt c ủa dao đối với vật thái sẽ có một điều kiện chung để phát huy th ực sự m ạnh m ẽ tác dụng của cắt trượt, để giãm được lực cắt thái nhiều hơn. Phát triển các lí luận nghiên cứu về cắt thái của Gơriaskin, viện sĩ Giưligôpski V.A đã phân tích nội dung vật lý của vấn đề này như sau: Chúng ta hãy xét các lực tác động giữa lưỡi dao và vật thái: tất nhiên, trong trường hợp cắt thái chặt bổ, góc trượt τ = 0 thì lực tác động giữa lưỡi dao với vật thái chỉ có một pháp tuyến cắt thái (thẳng góc với lưỡi dao) theo phương vận tốc của lưỡi dao. Trong trường hợp chúng ta cần xét là góc trượt τ ≠ 0, đối với lưỡi dao th ẳng AB quay quanh m ột tâm 0 và cách tâm một đoạn p (lấy trường hợp đơn giản). Để dễ phân tích, chúng ta sẽ vẽ tách riêng và xét các lực do vật thái (cuộng rau ch ẳng h ạn) tác động vào dao thái và các lực do dao thái tác động vào vật thái. 8
P' B B B T T N' F' T-Fmax Md Mr O Mr O T' F τ Fmax τ Fmax τ ϕ' P V ϕ' H V A A R A P c) R a) b) V Hình 7 : Phân tích các lực tác động giữa lưỡi dao và vật thái a - các lực do rau tác động vào dao; b- các lực do dao tác động vào rau với góc τ ≤ φ’; c- các lực do dao tác động vào rau với góc τ > φ’ Trước hết, khi lưỡi dao tác động vào cuộn rau thì điểm tiếp xúc M s ẽ sinh ra lực pháp tuyến chống đỡ ngược chiều theo nguyên lý “l ực và ph ản lực”. Ở hình 6-b, cuộn rau tác động vào lưỡi ở điểm M d với lực pháp tuyến N, còn ở hình 6-b, c thì lưỡi dao tác động vào cuộn rau ở điềm M r với lực pháp tuyến N = N’ nhưng ngược chiều. Vì phương chuyển động của điểm Md ở lưỡi dao (theo vectơ vận tốc v) không trùng với phương pháp tuyến vì τ ≠ o, cho nên lực pháp tuyến N’ có th ể phân tích thành hai thành phần (hình 6-a) : lực p’ theo phương chuyền động v, và T’ theo phương của lưỡi dao AB. Ở đây chúng ta thấy ngay rằng lực T’ này có xu hướng làm cho điểm Md của lưỡi dao trượt (xuống phía dưới) trên cuộn rau. Nhưng khi đó sẽ xuất hiện lực ma sát F’ giữa lưỡi dao và cuộn rau hướng lên phía trên cản lại hiện tượng trượt đó, với trị số F’= T’. Cũng xét như vậy theo hình 6-b và c thì lực pháp tuyến do l ưỡi dao tác động vào điểm Mr của cuộn rau có thể phân tích làm hai thành phần: lực P theo phương chuyển động v và lực T theo phương của lưỡi dao AB. Ở đây đối với cuộn rau, lực T có xu hướng làm cho điểm M r của cuộn rau trượt theo lưỡi dao lên phía trên và cũng xuất hiện ma sát F giữa cuộn rau và l ưỡi dao (cũng bằng F’) hướng xuống dưới, cản lại hiện tượng trị số F = T. Trên hình vẽ chúng ta thấy rằng góc trượt τ càng lớn thì l ực T (hay T’) càng tăng, đồng thời lực ma sát F (hay F’) cũng vẫn có kh ả năng tăng theo, bằng T, khiến cho điểm Mτ của cuộn rau không bị trượt theo lưỡi dao. 9
Nghĩa là cắt thái với góc trượt τ ≠ 0, nhưng điểm M τ của rau và Md của dao khi tiếp xúc với nhau vẫn không trượt đi, không rời nhau. Trái lại trong quá trình thái, điểm Md của dao vẫn cứ bám chặt lấy điểm Mr của rau mà nén xuống với lực tác động P, T và F, nh ưng F = T và h ợp l ực c ủa chúng là lực P). Nhưng chúng ta biết rằng khi T tăng, F sẽ tăng theo và ch ỉ đạt tới trị s ố lực ma sát cực đại Fmax mà thôi ( theo khái niệm lực ma sát và góc ma sát). Trị số Fmax = N.tgφ’ = N.f’, trong đó φ’ là góc ma sát giữa l ưỡi dao và v ật thái f’ = tgφ’ là hệ số ma sát. Có điều là trong trường hợp ma sát giữa lưỡi dao và vật thái này (coi như ma sát giữa đường th ẳng và bề mặt) thì tr ị s ố của góc ma sát φ’ không cố định như các trường h ợp ma sát thong th ường (giữa bề mặt với bề mặt). trái lại, theo thực nghiệm, φ’ và f’ thay đổi trị số ít nhiều. do đó, để phân biệt hiện tượng ma sát của lưỡi dao và v ật thái, Gơriaskin đề nghị gọi góc φ’ là góc trượt φ’, h ệ s ố f’ = tgφ’ là h ệ s ố cắt trượt. Vậy khi T và F tăng lên trong giới hạn T = F ≤ F max nghĩa là T = F = Ntgτ hay τ ≤ φ’ thì quá trình cắt thái chưa có hiện tượng “trượt tương đối” giữa các điểm của lưỡi dao tiếp xúc với các điểm của cuộng rau (vì hi ện tượng ma sát chống lại). Nhưng khi T tăng lên nữa, do góc trượt τ tăng lên (vi T = Ntgτ), trong lúc đó lực ma sát không thể tăng lên thêm mà ch ỉ gi ữ ở trị s ố F max, nghĩa là khi T > Fmax hay τ > φ’, thì hiệu số lực T - F max sẽ có xu hướng làm cho Mr của rau trượt đi, rời điểm Md của dao, lên phía trên, hay ngược lại. Khi đó quá trình cắt thái mới thực sự có trượt, dao mới phát huy khả năng “cưa” cuộng rau và lực cắt thái mới giảm được nhiều, cắt thái mới dễ dàng. 2.3.4. quan hệ giữa dao thái và tấm kê thái - Khe hở δ giữa cạch sắc của lưỡi dao và cạch sác của tấm kê: Thực nghiệm đã cho thấy ảnh hưởng thể hiện bằng sự phụ thuộc c ủa công suất cắt N với khe hở δ; δ có một giới hạn thích h ợp đ ể đảm b ảo cho N tương đối nhỏ. N(kW) O δ,mm 10
Hình 8 : đồ thị phụ thuộc của δ với N. Vật thái càng mảnh thì khe hở δ càng nhỏ, vì nếu không, lưỡi dao có thể bẻ gập thân vật thái xuống lọt vào khe hở và kéo đứt nó, giảm chất lượng cắt. nhưng δ cũng không thể nhỏ quá được, vì đĩa lắp dao (nh ất là trống lắp dao) đều có độ dịch chuyển dọc trục cho phép và gối đỡ cũng có độ dịch chuyển dọc trục cho phép. Ở trống lắp dao quay với số vòng lớn, do lực li tâm, dao cũng s ẽ có độ võng ra phía ngoài. đối với máy thái rau cỏ rơm, δ không quá 0,5 mm thì thái mới tốt. trong trường hợp dao kiểu trống quay với vận tốc l ớn ( máy thái thức ăn ủ, v.v…) thì δ = 1 ÷ 4mm. C T M R' N' F S' ϕ'2 o da O i -ì L ϕ'1 N S R A T' M' F' B Hình 9 : Góc kẹp χ và điều kiện kẹp χ ≤ φ1’ + φ2’. - Góc kẹp χ và điều kiện kẹp vật thái giữa cạnh s ắc l ưỡi dao và cạnh sắc tấm kê. Đây là một yếu tố ảnh hưởng trong trường hợp c ắt thái kiểu “kéo cắt”, có một cạnh sắc lưỡi dao nữa (ở đây là cạnh sắc t ấm kê) cùng phối hợp và cắt vật thái. Góc BAC hợp bởi cạnh sắc lưỡi dao AC và cạnh sắc tấm kê AB nói chung gọi là góc mở χ. Khi góc mở l ớn, hai c ạnh sác không kẹp giữ yên được vật thái mà có tác động đẩy nó ra., khó c ắt được. với một trị số góc mở nhỏ hơn đủ để hai cạnh sắc kẹp giử yên v ật thái để cắt được nó thì góc mở đó đuợc gọi là góc kẹp χ. Giá tr ị góc k ẹp χ phải được bảo đảm khi thiết kế bộ phận dao thái có tấm kê và là đi ều kiện để dao và tấm kê kẹp được vật thái. Ta có thể xác định được điều kiện kẹp như sau: xét vị trí cạnh s ắc AC của lưỡi dao và cạnh sắc AB của tấm kê như hình trên, với các lực tác động vào vật thái (được mô phỏng có tiết diện hình tròn tam o): do lưỡi dao có tiếp điểm M là lực phaps tuyến N và lực ma sát F; do tấm kê ở tiếp 11
điểm M’, tương ứng là N’ và F’. Lực tổng hợp, do l ưỡi dao là R, dao t ấm kê là R’. góc NMR = φ’1 là góc cắt trượt (tương tự góc ma sát) của cạnh sắc lưới dao với vật thái và F = N.tgφ’1 ; góc N’M’R’ = φ’2. lực N được phân tích thành hai thành phần: S theo hướng vuông góc v ới đường phân giác AO của góc mở χ và T theo hướng cạnh sắc AC, χ T = N.tg . Các thành phần S, S’ không gây cho vật thái chuyển động 2 (theo hướng AO), nhưng T, T’ có xu hướng đẩy vật thái ra ngoài. đ ồng thời các lực ma sát F và F’ được gây ra và chống lại các thành ph ần T và T’. đó là các trị số ma sát cực đại. ta rất dễ nhận thấy rằng: + khi T > F và T’ > F’ (F và F’ đạt trị s ố c ực đ ại : F = N.tgφ’ 1, χ χ χ F’ = N’.tgφ’2, nghĩa là khi N.tg > N.tgφ’1 và N’.tg > N’.tgφ’2 hay 2 2 2 χ > φ’2, tức là χ > φ’1 + φ’2 thì các lực ma sát (đạt cực đại) F, F’ > φ’1, 2 không chống nổi các thành phần lực T và T’, vật thái b ị đ ẩy ra phía ngoài, không đựoc kẹp yên, khi đó dao thái không tốt hoặc không thái được. + khi T = F và T’ = F’, nghĩa là χ = φ’ 1 + φ’2 thì các lực ma sát F và F’ đủ cản các lực T và T’ và vật thái được kẹp yên. + khi T < F và T’ < F’, nghĩa là χ < φ’ 1 + φ’1, thì các lực ma sát thực tế không đạt trị số cực đại F và F’ nữa, mà ch ỉ đạt tới giá tr ị cân b ằng các lực T và T’ đủ để chống lại hiện tượng đẩy vật thái ra ngoài. Như vậy, vật thái cũng được kẹp chặc hơn, không bị đẩy ra được. Tóm lại, điều kiện kẹp vật thái giữa cạnh sắc lưỡi dao và cạnh sắc tấm kê là góc kẹp χ ≤ φ’ 1 + φ’2. đối với kiểu dao đĩa χ = 40 ÷ 45˚, dao trống χ = 24 ÷ 30˚. Nếu một trong hai góc cắt trượt (góc ma sát) φ’ 1 và φ’2 có trị số nhỏ nhất, gọi là φ’min thì theo viện sĩ Xablikôv, điều kiện kẹp hoàn toàn là χ < 2.φ’min. Nếu φ’1 = φ’2 = φ’ thì điều kiện kẹp là χ ≤ 2.φ’. χ Nếu φ’1 < < φ’2, nghĩa là 2φ’1 < χ < 2φ’2, thì ta sẽ thấy có hiện tượng 2 vật thái bị xoay tròn tại chổ và cắt thái cũng khó. Ta cũng cần chú ý rằng trong trường hợp χ > φ’ 1 + φ’2 thì vật thái bị đẩy ra ngoài cho tới khi góc mở giảm xuống tới trị số góc kẹp χ = φ’ 1 + φ’2 lại bảo đảm điều kiện kẹp. 2.3.5. Độ bền và chất lượng của vật thái Cụ thể ở đây là vấn đề lực cản cắt thái p của vật thái, độ ẩm W% của vật thái. Thực nghiệm cho ta đồ thị chỉ sự phụ thuộc của áp su ất c ắt thái riêng q N/cm với độ ẩm W% của vật thái hình . Khi độ ẩm còn th ấp (8 ÷ 12
15%) áp suất cắt thái riêng tăng dần, nhưng khi W > 15% thì áp suất c ắt thái riêng lại giảm đi. 11 8 6 O 8 15 35 W, % Hình 10: đồ thị phụ thuộc của q với W%. 2.4. Năng lượng cắt thái và công suất cắt thái riêng Ar: a) Năng lượng cắt thái và công suất cắt thái là hai thông số quan trọng nhất của quá trình cắt thái. - Năng lượng cắt thái: là năng lượng cần thiết chi phí cho quá trình cắt thái các nguyên liệu thức ăn gia súc. Để xác định được năng lượng cắt thái ta giả thiết rằng nhờ các trục cuốn ép vật thái trước nên có thể bỏ qua phần năng lượng nén ép do lưỡi dao tác động vào vật thái trước khi cắt đứt. Ngoài ra ta chỉ xét trường hợp cắt thái có trượt ( T > φ ). Để tính toán trong điều kiện đơn giản nhất, ta xét dao AB cách tâm quay O một đoạn p Mct = N. r. cosT +F.r.sinT N là lực cắt theo phương pháp tuyến (N) Trong đó: F là lực cắt theo phương tiếp tuyến (N) r: khoảng cách từ tâm quay của lưỡi dao đến vị trí tiếp xúc dao và vật thái (m). T là góc trượt hợp bởi hai vân tốc v và vn Nếu đặt hệ số trượt là f’ thì f’= F/N Mct = Nrcosτ+ F’rsinτ (11) 13
τ - góc trượt hợp bởi hai vận tốc v và v n, đồng thời τ cũng bằng góc 0CA; rcosτ và rsinτ - hai cánh đòn của hai lực N và F’. Hình 11. Sơ đồ tính năng lượng cắt thái. F' = tgϕ’ = f’ là hệ số cắt trượt. Do đó, đặt Nrcos τ làm thừa Ta lại có: N số chung, đồng thời thay thế trị số F’ = N tg ϕ’ = Nf’ và sinτ/cosτ = tgτ, phương trình (2.10) sẽ thành: Mct = Nrcosτ (1 + f’tgτ) (12) Ngoài ra, ở trên ta đã biết: N = q∆ S Thay vào phương trình (2.11) ta sẽ được công thức chung tính mô men cản cắt thái: Mct = q∆ Srcosτ (1 + f’tgτ) (13) Công suất cắt thái có thể tính bằng tích M ct, trong đó ω là vận tốc góc, dθ tức là ω = (θ - góc quay của dao; t - thời gian quay). Vậy công suất dt cắt thái bằng: Mct.ω = q∆ S rωcosτ (1 + f’tgτ) dθ = q∆ Sr .cosτ (1 + f’tgτ) (14) dt Theo Hình 2.23 ta thấy hình tứ giác ABCD có th ể coi là m ột hình bình hành và diện tích của nó được tính như sau: dF = ∆ Srdθcosτ dF - độ tăng vi phân của diện tích được thái. Do đó, thay thế trị số này vào phương trình (2.13) ta có: 14
dF Mctω = q (1+ f’tgτ) (15) dt Người ta gọi hệ số (1 + f’tgτ) là hệ số đặc tính của dao thái. Hình 12. Xét đoạn dao thái ∆ S với góc quay dθ. Như vậy công suất cắt thái cần thiết được xác định bằng q trên mỗi đơn vị độ dài của lưỡi dao đã thái, diện tích được thái trong mỗi đơn v ị dF thời gian (có thể gọi là “vận tốc cắt thái”) và hệ số đặc tính của dao. dt b) Công cắt thái riêng Công cắt thái riêng là năng lượng cần tiêu thụ để cắt thái một đơn vị diện tích vật thái, sẽ được suy từ công thức tính công suất: M ct ωdt = q(1+ f’tgτ) Ar = (16) dF Ar – là công cắt thái riêng Trong đó: Mct – là mômen cản thái (N,m); dF – là độ tăng diện tích cắt thái (m 2 ); ω - vận tốc góc (rad/s). Yêu cầu cần thiết đối với việc thiết kế dao thái là phải đ ạt đ ược công suất cắt thái riêng Ar nhỏ nhất đối với các loại dao thái hoặc A r tương đối nhỏ. Các trị số q, f’ và τ có những mối liên hệ phụ thuộc lẫn nhau (hình 2.24). Các trị số đó có thể xác định bằng thực nghiệm. 15
a) b) c) Hình 13. Các đồ thị phụ thuộc 2.5. Tính toán sơ đồ dao thái lưỡi xoắn Trong một số máy thái rau cỏ rơm và máy liên hợp thu hoạch thức ăn ủ xanh thường dùng kiểu trống dao thái các dao lưỡi xoắn. Loại dao này thực tế có thể coi là loại dao lưỡi thẳng chuyển động tịnh ti ến đ ối với các cạnh sắc tấm kê thái của họng thái. Tất nhiên, n ếu coi chuy ển động quay của dao lắp trên trống là tịnh tiến trong giới hạn họng thái thì chỉ có thể là chiều cao của họng thái phải tương đối nhỏ so với chu vi của 16
trống thái. Dạng lưỡi dao khi đang làm việc là đường xoắn và khi ở th ế khai triển là đường thẳng. Vận tốc tịnh tiến V của dao có thể phân tích làm hai thành ph ần: pháp tuyến Vn và tiếp tuyến Vt với lưỡi dao. Góc tạo bởi thành phần pháp tuyến Vn với vận tốc V là góc trượt T. Góc hợp bởi lưỡi dao với cạnh của tấm kê thái chính là góc hẹp χ. Hình 14. sơ đồ khai triển và đồ thị tính toán trống lắp dao xoắn. Phân tích sơ đồ,ta thấy ngay một đặc điểm của dao xoắn là τ = χ = c te (17) Nghĩa là trong suốt quá trình cắt, góc trượt và góc kẹp đều bằng nhauvà không đổi. Bây giờ ta xét đoạn lưỡi dao ∆S: kết hợp với hình vẽ trên ta thấy đoạn lưỡi dao chịu tải trọng bắt đầu từ điểm 1 tới điểm 2, tăng dần từ 0 đến trị số cực đại bằng: a ∆S max = (18) sin τ Từ điểm 2 đến điểm 3, ∆S vẫn giữ trị số cực đại đó, nh ưng từ điểm 3 đến điểm 4 lại giảm từ trị số cực đại t ới 0. Đ ồ th ị bi ến thiên c ủa ∆S trong một lần thái theo góc quay của dao là một hình thanh cân. Có thể coi là lực cắt thái P tác dụng tỉ lệ thuận với ∆S, do đó ta s ẽ kết luận được rằng lực cắt thái P, mômen cắt thái M ct, và công suất cắt thái Nct đều biến thiên theo quy luật hình thang cân như ∆S. Để cho tải trọng tác dụng lên trục được điều hoà và mômen cản cắt thái được cố định, ta phải bố trí sao cho khi các lưỡi dao lắp trên trống thái liên tiếp nhau, thì bất cứ ở góc quay ψ nào ( hay ψ R), toàn bộ đoạn dao thái ∆ S phải không đổi. Muốn vậy, khi thiết kế ph ải bố trí l ắp các 17
lưỡi dao sao cho đầu lưỡi dao nàu ngang hàng với cuối lưỡi dao liên tiếp nó theo đường hình sinh của mặt trống. Như vậy , trên đồ th ị bi ểu di ễn ở hình 2.48, các hình thang cân có chỗ trùng lên nhau một khoảng ứng với đoạn hoành độ ψR = a. Cũng từ lý luận trên, ta có th ể tìm ra đi ều ki ện b ố trí lắp dao sao cho điều hoà được momen và công suất cắt thái M ct, Nct theo đẳng thức sau đây: 2πR b.tgτ = (19) K 2π .R + k .a ψ 1 .R = (20) K R – bán kính của trống dao Trong đó: b - chiều rộng của honhgj thái a - chiều cao của họng thái K - số dao ψr – góc quay của dao ( tính bằng radian) ứng với mỗi lần dao thái xong một lần. Góc truợt T bằng góc kẹp X, thường lấy 24 - 300 Từ các công thức đó có thể tính ra các thông số thiết kế, ví dụ, bán kính B sẽ bằng : K .b.tgτ R= (21) 2π Theo Reznhik, chiều cao h đặt tấm kê thái có thể tính như sau: Vr h = a + 2.R (22) V vr - vận tốc cung cấp vật thái v - vận tốc dài của dao thái. Khoảng cách u của cạnh sắc tấm kê có thể tính theo h u= = R2 − h2 (23) h tg . arcsin( ) R 18
Hình 15: xác dịnh vị trí tấm kê thái. 19
3. Kết luận và khuyến nghị: Với việc áp dụng máy cắt thái rau củ quả vào sản xuất, chế biến thức ăn chăn nuôi đã giúp cho người dân lao động tiết kiệm thời gian, đồng thời nâng cao năng suất chế biến cũng như chất lượng sản phẩm được chế biến từ các loại rau củ quả. Với những tính năng vượt trội c ần phải áp dụng một ách rộng rải vào sản xuất nông nghiệp với quy mô hộ gia đình và các nhà máy xí nghiệp…. Do thời gian có hạn chế và khó khăn trong quá trình tìm tài li ệu nên đề tài chưa được nghiên cứu kỉ mong quý thầy và các bạn sinh viên góp ý để đề tài có tính khoa học hơn. 20